IWT-TETRA PROJECT GEBRUIKERSGROEPVERGADERING II 27 MAART 2013

Transcriptie

1 IWT-TETRA PROJECT GEBRUIKERSGROEPVERGADERING II 27 MAART

2 AGENDA Voorstelling van de resultaten uit WP1 Verkenning van 3D Fotogrammetrie Stand van zaken en eerste resultaten uit WP2 Gevalstudies Toelichting masterproeven die kaderen binnen het onderzoeksluik van 3D4SURE Voorstelling PhD onderzoek Bas Altena Enkele administratieve afspraken 2

3 STATUS Project Afgerond Lopende Opgestart 3

4 WP1 Enquête Doel Noden vanuit de sector Tekortkomingen van de techniek 300 vs 24 Indicatie onbekendheid fotogrammetrie? 4

5 WP1 Enquête Besluiten Noden: Weinig vraag naar vernieuwing door klant Grote toepasbaarheid: veelzijdigheid is belangrijk Efficiëntie meetwerk in-situ Nauwkeurigheid moet verzekerd kunnen worden Gebruiksvriendelijke software Voldoende opvolging door producent: opleiding Zelf controle behouden over type output: 2D vs 3D Tekortkomingen 5

6 WP1 Enquête Besluiten Noden Tekortkomingen: Weinig gebruiksvriendelijk, moeilijke start Nood aan betaalbare opleiding Niet altijd controle over eindresultaat (automatische software pakketten) Grootste vraagtekens: nauwkeurigheid en betrouwbaarheid 6

7 WP1 Software Vergelijkend onderzoek Overzicht op de markt zijnde verwerkingspakketten Matrix Toepassingsmogelijkheden Op website 3D4SURE 7

8 8

9 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Agisoft Photoscan Uiteenlopende investeringskost Aerial vs close-range Automatisch, semi-automatisch, manueel Nieuwe producent vs gevestigde waarde PhotoModeler Scanner Pix4UAV Pix4D 123D Catch Autodesk Inpho Dienstverlening vanuit de gebruikersgroep 3.500$ gratis demo s Strabo close-range en close-range aerial close-range en aerial Geo ID aerial aerial automatisch semi-automatisch of manueel software software software en cloud software en cloud software dienstverlening service service automatisch automatisch Aurea Imaging 9

10 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Agisoft photoscan dollar Desktop versie Bekendheid aan het winnen bij een aantal sectoren Doet aan active development via een forum Levert goede resultaten 10

11 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Photomodeller scanner euro Desktop versie Heeft al veel ervaring en achtergrondkennis Nu ook automatisch via smartmatch (tot vorig jaar enkel manueel) De manuele functies zijn nog altijd mogelijk Kalibratie is vereist 11

12 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Pix4UAV van Pix4D euro Desktop versie Vooral voor aerial fotogrammetrie: UAV s GPS-coördinaten nodig, bij gewone camera s kan dit met een gpslogger opgelost worden 12

13 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Autodesk 123D catch Gratis Bekend product, geniet belangstelling bij verschillende sectoren Cloud service Geen export van orthophotos Kan meestal niet meer dan 50 foto s verwerken Alle foto s worden tot 3 mp gedownscaled 13

14 WP1 Software Besluit Duiding keuze softwarepakketten Inpho s Photogrammetric System Demo s Desktop versie Enkel aerial fotogrammetrie: lucht- en satellietfoto s Export van orthophotos 14

15 WP1 Software BESLUIT Duiding keuze softwarepakketten Dienstverlening vanuit de gebruikersgroep Strabo Orbit Geospatial Technologies Virtual Surveyor GeoID Aurea Imaging 15

16 WP1: Hardware Overzicht op website 16

17 WP1: Regelgeving Voorwaardes: - Toestemming van grondbezitters - Verzekering van toestel en bedrijf (b.v. flightplus) - Gebruikte luchtruim is niet verboden - Rapport over specificaties en onderhoud van toestel - Toestemming van Directoraat Generaal Luchtvaart - Opdracht is afkomstig van Ministeries, Onderwijsinstellingen, of is een testvlucht. Commerciële vluchten zijn nog niet toegestaan 17

18 WP1: Regelgeving Vooruitzicht: - Overgaan naar transparanter systeem, niet één persoon met teken bevoegdheid - Gecertificeerd bedrijf, piloot en vliegtuig - Inrichting van vliegvelden om examens en testen op te doen - Jaarlijkse keuring 18

19 OVERZICHT WP2: GEVALSTUDIES Gevalstudies gebruikersgroep? 19

20 WP2 - Volumeberekening Terrestrische metingen - Tracé van ong. 60 meter in zandgroeve Doelstellingen: - Toegevoegde waarde van fotografische paal - Afhankelijkheid van plaatsing en hoeveelheid grondpunten Masterproef 20

21 MASTERPROEF Georeferentie in 3D fotogrammetrie Primair doel # GCP Ligging GCP Secundair doel Georeferentie methode Netwerk opbouw 21

22 MASTERPROEF Praktijk Locatie: Zandgroeve te Tielt-Winge 22

23 MASTERPROEF Praktijk 44 targets H = 1m / 1,5m / 2m Meting GPS Totaalstation Foto Één standplaats Fotopaal 23

24 MASTERPROEF Verwerking Coördinaten targets Targets bovenaan helling Targets onderaan helling Camera calibratie Matlab Verwerkingssoftware Photoscan (Agisoft) 24

25 MASTERPROEF Resultaat RMSE (Root Mean Square Error) <<< Scenario Georeferentie methode Netwerk opbouw 25

26 WP2 - Volumeberekening Methodiek: Onafhankelijke datasets: - Breeklijnen m.b.v. Totaalstation - Tachymetrie op targets - Puntenwolk van laserscan Resultaat: relatieve én absolute vergelijking 26

27 WP2 - Volumeberekening Lucht opnames over de groeve: Doelstellingen: - Vergelijkende studie van twee type platformen (vaste vleugel & multirotor) - Kwaliteit van producten vanuit verschillende verwerkingen bekijken Uitvoering (inwinning): OrbitGIS Microcopter, Gatewing X100 & Swinglet Ebee Laten vliegen over zandgroeve. De omgeving ligt vol met grondcontrole en testpunten. Daarbij wordt de tijd bijgehouden voor het operationeel maken en vliegen. 27

28 WP2 - Volumeberekening Uitvoering (verwerking): - Meerdere software pakketen (Pix4UAV, Strabo, Photoscan) - Subpixel absolute orientatie door middel van paal fotografie - Subpixel test punt metingen op grondpunten 28

29 WP2 - Volumeberekening Luchtopnames Wenduinen strand gevlogen met een Gatewing, voor Jan de Nul Doelstelling: Grenzen opzoeken van homogeen reflecterende massa s, zoals grind, zand, sneeuw, etc. 29

30 WP2 - Volumeberekening Fotogrammetrie is gebaseerd op overeenkomstigheid op twee beelden. Vertaald naar computers is dit geformuleerd door kruis correlatie (NCC). Alle software is hierop gebouwd. Dus als een kwaliteitsmeter beschreven kan worden voor de NCC, kan op voorhand voorspeld worden of een meting mogelijk is (ongeacht de software!). 30

31 31 WP2 - Volumeberekening

32 WP2 - Volumeberekening Controle: Het Digitaal Hoogte Bestand kan aangeven of de hypothese en voorspelling klopt. Over hetzelfde gebied is een 32

33 WP2 - Volumeberekening Oplossing: Niet de eerste keer dat dit overkomt, mijn scriptie was geheel gewijd aan het schatten van topografie over sneeuwvelden. Gebruikmakend van shape-fromshading of fotoclinometrie. Bij een geweten reflectiemodel kan zo n zelfde methodiek wellicht positief worden toegepast op het strand. 33

34 WP2 3D Gebouwmodellen - Link met wetgeving 34

35 WP2 3D Gebouw - Terrestisch Traditioneel was dit enkele paspunten per fotopaar Automatische detectie van corresponderende punten: 459 juiste paspunt koppels 521 negatieve paspunt koppels Fout detectie maakt gebruik van robuste statistiek (M-schatting of RANSAC), in plaats van datasnooping (w-toets, f-toets). 35

36 WP2 3D Gebouw - Terrestisch Resulteert in een enorme puntenwolk, die wordt verbonden tot een triangulatie netwerk 36

37 WP2 3D Gebouw Het modelleren van gebouwen, via CityGML, kan in verschillende maten van detail worden beschreven ( Level of Detail ); Level0 Een regionaal model, bijvoorbeeld een digitaal terrein model Level1 Stadsmodel, geconstrueerd uit blokken, zonder dak structuur Level2 Stadsmodel, getextureerd met een gecompliceerd dak formaat Level3 Stads of gebouwmodel, met inbegrepen gedetailleerde architectuur Level4 Interieur model, een doorloopbaar model Voor UAV fotogrammetrie lijkt Level2 haalbaar 37

38 WP2 3D Gebouw Luchtopname Een methodiek is al ontwikkeld aan de KU Leuven (Moons et al. 98). - deze trianguleert eerst een opname, - vindt prominente lijnen, - verbindt deze topologisch tot een detail van LOD2 Echter moet het van te voren bekend zijn waar het gebouw zich bevindt. nu manueel toekomst 38

39 WP2 3D Gebouw Luchtopname Doelstelling: Ontwikkeling van een slim algoritme om huizen te detecteren. Methodiek: Door omvalling als uitgangspunt te nemen kan de inclinatie van een dak berekend worden, door te kijken naar de affiene vervormingsparameters. Dataset: Luchtopnames van het Duitse Vaihangen. Afkomstig van German Society for Photogrammetry, Remote Sensing and Geoinformation (DGPF) 39

40 WP2 3D Gebouw Luchtopname Uitgangspunt methodiek Output: Matlab code 40

41 WP2 Industriële sites - CDN - Horen naar mogelijkheden, nabije toekomst 41

42 WP2 3D reconstructies in archeologie Oppervlakteonderzoek aan ring rond Brecht Al begonnen Grootte: 7 hectare Fotogrammetrie kan geen echte meerwaarde bieden Opgraving Cyprus Al begonnen Grootte: 0,1 hectare Opgraving van site uit laat bronzen tijdperk Opgraving naast de kerk van St-Pauwels Start in maart 2013 Grootte: 0,1 hectare Geen vondsten in de vlakopgraving Weinig waardevolle recente graven in sleufopgraving 42?

43 WP2 3D reconstructies in archeologie Opgraving in Deinze Woltergem Start in april 2013 Grootte: 0,1 hectare Opgraving van fundamenten van een romeins gebouw Opgraving bij project Spelver in Bilzen Start in juli 2013 Grootte: 5 hectare Sporen van ijzertijdnederzetting 43?

44 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen 5 vragen Welk type camera gebruiken? Hoe foto s maken? Welke softwarepakket gebruiken? Hoe werkt de software? Welke nauwkeurigheid kan gerealiseerd worden? 44?

45 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen De Onze Lieve Vrouwekerk van Alsemberg Een moeilijk bereikbare gevel (5 a 6 meter tot bebouwing) Veel inspringende en uitstulpende vlakken (zijbeuken en steunberen) Veel ornamentering 45?

46 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen De Onze Lieve Vrouwekerk van Alsemberg Een moeilijk bereikbare gevel (5 a 6 meter tot bebouwing) Veel inspringende en uitstulpende vlakken (zijbeuken en steunberen) Veel ornamentering 46?

47 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Welk type camera gebruiken? 47?

48 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen vergelijking camera s Consumenten camera: Canon s90 Prosumer camera: Canon G9 Professionele spiegelreflex camera: Canon D5 48?

49 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Canon s90 Prijs: 400 euro Sensor: 3648 x 2736 pixel Isowaarde: 200 F-getal: f/4 Sluitertijd: 1/320 49?

50 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Canon G9 Prijs: 575 euro Sensor: 4000 x 3000 pixel Isowaarde: 80 F-getal: f/7.1 Sluitertijd: 1/40 50?

51 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Canon D5 prijs: 2250 euro Sensor: 5616 x 3744 pixel Isowaarde: 100 F-getal: f/22 Sluitertijd: 1/10 51?

52 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen conclusie Louter visueel heeft de camerakeuze een matige impact aangezien de goedkopere modellen tegenwoordig ook over een hoge resolutie beschikken. Qua nauwkeurigheid moet er ook rekening mee gehouden worden dat in de algoritmes al voor een stuk smoothing wordt toegepast. In theorie hangt veel af van de GSD en hoe de resolutie wordt gebruikt in de software. 52?

53 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Hoe foto s maken? 53?

54 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Uitwerken van aandachtspunten voor foto opnames Camera-instellingen Trillingen vermijden Weersomstandigheden Praktische aandachtspunten Ground sampling distance 54?

55 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Camera-instellingen Geen flits Witbalans continu houden Goede belichting Aangepaste sluitertijd Iso-waarde laag Diafragma-waarde hoog (kleine opening) Resolutie hoog Scherpe foto s Brandpuntafstand continu houden 55?

56 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Trillingen vermijden Statief gebruiken Timer-functie gebruiken (bvb 2 sec of 10 sec) Trillingen vermijden Image stabilization uitzetten! 56?

57 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen weersomstandigheden Maak de foto s bij een bewolkte hemel Gelijkmatige en diffuse belichting Vermijd neerslag Vermijd wind 57?

58 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Praktische aandachtspunten Plan de foto opname op voorhand Oblieke foto s vermijden Beter te veel foto s dan te weinig foto s Foto s in situ nakijken op kwaliteit Foto s niet nabewerken alvorens in de software te importeren Foto s goed kadreren Afstand tussen foto s circa 1/10 van afstand tot object (afh. van lens) Een overlap van 60% tussen opeenvolgende foto s 58?

59 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Praktische aandachtspunten Vermijd bewegende onderdelen (bvb auto s) Vermijd reflecterende oppervlakken Vermijd occlusie Is elk punt bereikbaar vanaf een voldoende afstand? Vermijd transparante oppervlakken Vermijd homogene oppervlakken 59?

60 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Ground sampling distance (GSD) - D: afstand tot object (in mm) - f: de brandpuntsafstand (in mm) - N w : aantal pixels in de breedte van de foto - CCD width : sensorbreedte (in mm) 60?

61 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Ground sampling distance (GSD) Canon G9 (CCD: 7,53 x 5,64 mm) foto genomen vanop 10 meter afstand resolutie op 12 MP (4000 x 3000) brandpuntafstand: 35mm RESULTAAT : 1 pixel = 0.54 mm in realiteit 61?

62 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Probleem: foto s hebben te scherpe hoek naar boven toe en zien ook niet de hogere stukken van de gevel Stap 1: foto s vanaf grond met statief op +- 1,60m Stap 2: foto s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m Stap 3: foto s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m en +- 9,00m (Stap 4: foto s met UAV) 62?

63 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Stap 1: foto s enkel vanaf grond met gewoon statief op +- 1,60m 63?

64 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Stap 2: foto s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m 64?

65 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Stap 3: foto s vanaf grond en met paalstatief op +- 9,00m 65?

66 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Conclusie Op verschillende hoogtes fotograferen geeft een betere dekking van het object en dus een betere nauwkeurigheid voor de hogere gedeeltes (gelinkt aan de GSD) Foto s met oppervlakken die onder een te scherpe hoek zijn genomen worden best vermeden 66?

67 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Welke software gebruiken? 67?

68 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Zie de vergelijkingstabel van de verwerkingspakketten Aankoop van 3 softwarepakketten en 1 gratis pakket Autodesk 123D catch Agisoft Photoscan Photomodeler scanner Pix4UAV (Combinatie van laserscanning met fotogrammetrie) 68?

69 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Hoe werkt de software? 69?

70 WP2 Erfgoed_Gevelopmetingen Workflow Agisoft photoscan Oriëntatie foto s Geometrie berekenen (dense matching) Controlepunten toevoegen (ingemeten met totalstation) Geometrie berekenen (dense matching) Foto s uitzuiveren Exporteren orthofoto of texturering 3Dmodel 70?

71 WP4 Evalueren van 3D-model Welke nauwkeurigheid kan gerealiseerd worden? 71?

72 WP4 Evalueren van 3D-model Hoe de resultaten vergelijken? Een standaard coördinatenstelsel voor het maken van de orthofoto Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en orthofoto uit laserscan Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips Vergelijken van mesh verkregen door fotogrammetrie en mesh door laserscan Vergelijken van efficiëntie (kosten en tijdsduur) tussen de verschillende methodes Daarnaast zal ook de combinatie van laserscanning en fotogrammetrie getest worden 72?

73 WP4 Evalueren van 3D-model Een standaard coördinatenstelsel voor het maken van de orthofoto 73?

74 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en orthofoto uit laserscan 74?

75 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips 75?

76 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto s vanaf grond met statief op 1,60m) 76?

79 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto s vanaf grond en met paalstatief op +- 6,00m) 79?

82 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van orthofoto uit fotogrammetrie en gevelplan ellips (foto s vanaf grond en met paalstatief op +-6,00m en +- 9,00m) 82?

85 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van mesh verkregen door fotogrammetrie en mesh door laserscan 85?

86 WP4 Evalueren van 3D-model Vergelijken van efficiëntie (kosten en tijdsduur) tussen de verschillende methodes 1. Foto-opname 2. Total station opmeting van relevante punten 3. (Rectificatie van foto s) 4. Uittekenen van plannen 1. Systematische fotoopname 2. Total station opmeting van controlepunten 3. Fotogrammetrische nabewerking 1. Systematische foto-opname 2. Laserscan van object 3. Fotogrammetrisch e nabewerking 1. Laserscan van object 2. Nabewerking van laserscan plan orthofoto orthofoto orthofoto 86?

87 WP4 Evalueren van 3D-model Combineren van laserscanning en fotogrammetrie 87?

91 WP2 Imaging Total Stations Leica viva ts15 i in combinatie met Elcovision 10 software 5 megapixel camera (boven de optische as) Software: Elcovision 10 Trimble VX spatial station 3,1 megapixel camera (onder de optische as) Software: Trimble business centre Topcon IS 2 x 1,3 megapixel camera (1 telezoom in optische as en 1 wideangle boven de as) Software: Imagemaster 91?

92 WP6 Technologie verspreiding 1. Opleidingdag Terrestrische fotogrammetrie Fotogrammetrische data inwinning & verwerking met PIX4D/Agisoft Locatie: Kasteelpark Arenberg KULeuven Wanneer: juni 2013 Doelpubliek: landmeters (gratis voor gebruikersgroep) To be announced 2. Onderwijs integratie Masterproef Georeferentie in 3D fotogrammetrie Masterproef Automatische planextractie uit 3D fotogrammetrie 92

93 WP6 Technologie verspreiding Masterproef: Automatische planextractie uit 3D fotogrammetrie 93

94 Doelstellingen Genereren van een zo nauwkeurig mogelijk 3d model in AutoCAD Tachymeter hoeft niet meer gebruikt te worden 94

95 95 Blokkendiagram aanpak

96 Verkrijgen ruw model Structure from motion Arc3D Catch 123d VisualSFM Bundler 96

98 98 Lijndetectie

100 Planning Project Afgerond: Rapport Tot zomer 2013 Na zomer 2013: onderzoeksluik Opleidingsdag: Juni

101 PRAKTISCHE AFSPRAKEN IWT e-tool gebruikerspoll verzamelt via online bevraging feedback na elke vergadering Erkenning vergadering als Permanente Vorming Co-financiering - Facturen

102 CONTACTGEGEVENS EAVISE: Liesbet Cockx 015/ Toon Goedemé Bas Altena KAHOSL: Bjorn Van Genechten 09/ Wouter Dreesen